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文档简介

任务一MC14433数字电压表电路分析与制作任务二三角波发生器电路分析与制作8.11MC14433数字电压表电路分析与制作、8.12三角波发生器电路分析与制作任务9.1MC14433数字电压表电路分析与制作9.1.1A/D转换器工作原理由于输入的模拟信号在时间上是连续的,输出的数字信号在时间和幅值都是是离散的,因此转换时一般要经过取样、保持、量化和编码四个过程。实际中有时取样和保持、量化和编码会同时实现。1.取样定理取样定理为:若fs为取样信号的频率,fi(max)为输入模拟信号的最高频率分量的频率,则它们必须满足fs≥2fi(max),一般取fs≥(3~5)fi(max)。任务9.1MC14433数字电压表电路分析与制作2.量化与编码数字信号不仅在时间上是离散的,而且数值大小的变化也是不连续的。即任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数量单位的整数倍。在进行A/D转换时,必须将取样电压表示为这个最小单位的整数倍。这个转换过程称为量化,所取的最小数量单位称为量化单位。用△表示。将量化的结果用代码表示出来,称为编码。代码可以是二进制,也可以是其他进制,这些代码就是A/D转换的输出结果。任务9.1MC14433数字电压表电路分析与制作9.1.2.A/D转换器类型A/D转换器有直接转换法和间接转换法两大类。直接法是通过一套基准电压与取样保持电压进行比较,从而直接将模拟量转换成数字量。其特点是工作速度高,转换精度容易保证,调准也比较方便。直接A/D转换器有计数型A/D转换器、逐次比较型A/D转换器、并行比较型A/D转换器等。间接法是将取样后的模拟信号先转换成中间变量时间t或频率f,然后再将t或f转换成数字量。其特点是工作速度较低,但转换精度可以做得较高,且抗干扰性强。间接A/D转换器有单次积分型A/D转换器、双积分型A/D转换器等。任务9.1MC14433数字电压表电路分析与制作9.1.3A/D转换器主要技术指标1.转换精度在单片集成的A/D转换器中转换精度也采用分辨率和转换误差来描述。(1)分辨率A/D转换器的分辨率用输出二进制数或十进制数的位数来表示。它表示A/D转换器对输入信号的分辨能力。(2)转换误差转换误差一般是以输出误差的最大值形式给出,它表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上应有的输出数字量之间的差别。通常以最低有效位的倍数给出,如若转换误差为<±LSB/2,则说明实际输出的数字量和理论上应得的输出数字量之间的最小误差小于最低有效位的半个字。2.转换时间转换时间是指A/D转换器从接到转换启动信号开始,到输出端获得稳定的数字信号所经过的时间。任务9.1MC14433数字电压表电路分析与制作9.1.4集成A/D转换器ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成,如图9-3所示。图9-4为ADC0809的引脚图。ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,各引脚功能如下。任务9.1MC14433数字电压表电路分析与制作1.实训电路分析实训电路图如图9-5所示,图9-5是以MC14433为核心的数字电压表电路原理图。MC14433是双积分型A/D转换器,CC4511是译码驱动电路,MC1403基准电压源电路,MC1413为7组达林顿管反相驱动电路。DS1~DS4信号经MC1413缓冲后驱动各个共阴数码管的阴极。电路的工作工程如下:MC1403的输出接至MC14433的Vref输入端,为MC14433提供高精度、高稳定度的参考电压,CC4511将MC14433输出的BCD码经译码后送给LED数码管。MC14433的选通脉冲DS1~DS4使O4~O1轮流为低电平,控制四个数码管轮流工作,实现动态扫描显示。当参考电压Vref取2V和200mV时,输入被测模拟电压的范围分别为0~1.999V和0~199.9mV。由于MC14433量程电压输入端的最大输入电压不能超过1.999V,若被测输入电压超过1.999V,如在0~20V范围,被测输入的电压需要经过分压才能输入,被测电压输入端UI前必须用1800kΩ和200kΩ的电阻分压,用4.7kΩ和47kΩ的电阻限流,使输入的电压大约为原来的十分之一,实现与2V的参考电压匹配。任务9.1MC14433数字电压表电路分析与制作2.器件、器材实训需要设备包括数字实验装置万用表、双踪示波器,±5V直流电源、烙铁、直流数字电压表,所需元器材如表9-2所示。任务9.1MC14433数字电压表电路分析与制作表9-2元件名称、型号和数量表序号名称元件标号型号规格数量1A/D转换器IC1MC1443312反向驱动器IC2MC141313基准电压源IC3MC140314显示译码器IC4CC451115数码管IC5TBC5011H46金属膜电阻器R1、R2470k,1/4W27金属膜电阻器R3~R9270,1/4W78金属膜电阻器RM,Rd270,1/4W29电位器Rp1k110聚酯薄膜电容器C1、C010.1μF216印制电路板—配套印制电路板1按图9-5分析电路、检测元器件、制作电路、调试误差任务9.1MC14433数字电压表电路分析与制作3.元器件识别与测试(1)AT192集成电路测试仪简介①测试适用范围元器件测试:适用于所有类型的集成电路的测试和元器件的筛选测试。电路板测试:在测试电缆线和测试夹的配合下能对各种电路板进行检测。②测试原理(V-I曲线测试)其测量原理是给元器件的每个管脚施加一个安全的低功率扫描驱动信号,使其产生一个阻抗特征图,然后将被测器件和数据库中标准动态阻抗图进行对比,根据阻抗图差异的大小来判断元件的好坏和可用性。③集成电路测试操作首先从数据库选择要测试的集成电路型号(或用户可根据自己的需要,用性能完好的器件创建IC测试数据库),然后将集成电路插入测试座,执行测试,则得到PASS或FAIL的测试结果。(2)集成电路的识别与检测按图9-6~图9-9识别各个集成电路型号与引脚功能,用AT192集成电路测试仪对其进行检测,将测试填于表9-3中。任务9.1MC14433数字电压表电路分析与制作任务9.1MC14433数字电压表电路分析与制作(3)数码管TBC5011H的识别与检测按图6-11找出数码管的所有公共端,按表6-9的栏目对数码管进行检测,并自制表格完成数据记录。(4)色环电阻的识别与检测色环电阻R1、R2、RM和Rd的识别与检测按表1-4的栏目进行,并自制表格完成数据记录。(5)电位器RP的识别与检测电位器RP的识别与检测按表1-12的栏目进行,并自制表格完成数据记录。(6)电容器的识别与检测电容器C1和CO1的识别与检测按表1-8的栏目进行,并自制表格完成数据记录。(7)电路板的识别与检测识别印制电路板上的丝印标注,理解其含义。用AT192集成电路测试仪对电路板进行质量检测,确认是否合格。任务9.1MC14433数字电压表电路分析与制作表9-3集成电路检测表元件标号型号规格名称测试结果是否满足要求IC1MC14433A/D转换器

IC2MC1413反向驱动器

IC3MC1403基准电压源

IC4CC4511显示译码器

4.电路组装在插装集成电路时,要注意引脚标记与电路板上的标记一致,所有引脚要与电路板上插孔对准后再均匀用力插入。在焊接数码管时,要注意焊接时间不要过长,以免造成数码管外壳熔融而损坏。元器件焊接完成后,自检、互检有无短路与虚焊,以及错误连接情况。5.功能检测与调试调试步骤如下:(1)连接MC1403基准电源,用标准数字电压表检查输出是否为2.5V。调整电位器RP,使输出电压为2.0V。(2)将输入端接地,接通+5V、-5V电源(先接好地线),此时数码管应显示“000”,若不是,检查电源正负电压,用示波器观察DS1~DS4、O4~O1的波形,找出故障原因。(3)使用电阻和电位器构成输入电压UI调节电路,调节电位器,数码管显示将有相应变化,然后进入下一步细调。(4)用数字万用表测量输入电压,调节电位器,使UI=0.500V,被调电路的电压指示值不一定显示0.500,调整基准电压源,使指示值与数字万用表显示的标准电压误差之个位数在5之内。(5)改变输入电压UI极性,使UI=-0.500V,检查“-”是否显示,并按(4)方法校准显示值。(6)在-1.999~+1.999V量程内再一次仔细调整基准电源电压,使全部量程内的误差均个位数在5之内。至此一个测量范围在-1.999~+1.999之内的直流电压表调试成功。任务9.1MC14433数字电压表电路分析与制作9.2.1D/A转换器工作原理D/A转换器是将输入的二进制数字量转换成模拟量,以电压或电流的形式输出。D/A转换器实质上是一个译码器(解码器)。一般常用的线性D/A转换器,其输出模拟电压uO和输入数字量Dn之间成正比关系。UREF为参考电压。uO=DnUREF。任务9.2三角波发生器电路分析与制作任务9.2三角波发生器电路分析与制作可见,D/A转换器的输出电压uO,等于代码为1的各位所对应的各分模拟电压之和。任务9.2三角波发生器电路分析与制作9.2.2D/A转换器类型D/A转换器一般由数码缓冲寄存器、模拟电子开关、参考电压、解码网络和求和电路等组成,结构框图如图9-7所示。其工作过程是,数字量以串行或并行方式输入,并存储在数码缓冲寄存器中;寄存器输出的每位数码驱动对应数位上的电子开关,将在解码网络中获得的相应数位权值送入求和电路;求和电路将各位权值相加,便得到与数字量对应的模拟量。常用的D/A转换器根据工作原理的不同,分为权电阻网络D/A转换器、倒T形电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换器、开关树形D/A转换器、权电容网络D/A转换器。9.2.3D/A转换器主要技术指标1.分辨率分辨率通常用于表征D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。2.转换精度D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差,即最大静态转换误差。3.转换速度从输入的数字量发生突变开始,到输出电压进入与稳定值相差±0.5LSB范围内所需要的时间,称为建立时间tset。4.温度系数在输入不变的情况下,输出模拟电压随温度变化产生的变化量。任务9.2三角波发生器电路分析与制作9.2.4集成D/A转换器1.DAC0832内部结构DAC0832是常用的集成D/A转换器,逻辑功能框图如图9-8(a)所示。它由一个8位输入寄存器、一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器三大部分组成,采用了倒T型电阻网络。任务9.2三角波发生器电路分析与制作2.DAC0832引脚功能3.DAC0832工作方式DAC0832的使用有双缓冲器型、单缓冲器型和直通型三种工作方式,工作原理图如图9-9所示。任务9.2三角波发生器电路分析与制作9.2.5三角波发生器电路制作与调试1.实训电路分析实训电路原理如图9-10所示。该电路是以DAC0832为核心组成的三角波发生器,其中两片74LS161构成一个8位二进制计数器,计数器的输出状态在00000000~11111111之间变化。DAC0832将计数器输出的8位二进制信息转换为模拟电压。当计数器全为“1”时,输出电压uo=Umax;下一个计数脉冲到来时,计数器全为“0”,输出电压uo=0。当计数器输出从00000000递增到11111111时,数/模转换器就会输出一个依次递增的256级的模拟电压,用示波器就可以看到uo端的波形。外接的运算放大器μA741将DAC0832转换后的电流输出转为电压输出,输出电压值与参考电压Vref的大小成正比。增大Vref,三角波的幅值也随之增大,反之亦然。2.器件、器材实验器材:数字实验箱一台,数字万用表,双踪示波器,导线,电路板等。任务9.2三角波发生器电路分析与制作表9-4三角波发生器元器件(材)明细表序号名称元件标号型号规格数量1D/A转换器ICDAC083212十六进制计数器IC,IC74LS16123集成运算放大器ICμA74114印制电路板(或万能板)—配套印制电路板1图9-10三角波发生器电路原理图任务9.2三角波发生器电路分析与制作3.元器件识别与测试按图9-8(b)、图9-11和图9-12识别各个集成电路型号与引脚功能,用AT192集成电路测试仪对其进行检测,将测试填于表9-5中。任务9.2三角波发生器电路分析与制作表9-5集成电路检测表元件标号型号规格名称测试结果是否满足要求IC1DAC0832D/A转换器

IC274LS161十六进制计数器

IC3μA741集成运算放大器

4.电路组装在插装集成电路时,要注意引脚标记与电路板上的标记一致,所有引脚要与电路板上插孔对准后再均匀用力插入。元器件焊接完成后,自检、互检有无短路与虚焊,以及错误连接情况。4.功能调试与检测调试步骤如下:①在74LS161的脉冲输入信号CP端接信号源,将信号源的频率调为10KHz左右,幅度大于2V。用示波器的一个探头测量CP信号,另一个探头依次测量DAC0832的DI0~DI7的波形,观察示波器上显示的两个波形的频率关系。若DI0信号波形的频率为CP的二分频,DI1的频率为CP的四分频,依次类推。如果测试正确,说明由两片74LS161构成的八位二进制计数器工作正常。②用示波器观测运放741的输出信号,记录输出波形的形状、频率和幅度。若电路工作正常,输

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